CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LẠNH
4.2. Chu trình lạnh đối với thiết bị kết tinh
Ta xét chu trình lạnh có quá nhiệt và quá lạnh lgP
Hình 4.1: Chu trình lạnh có quá lạnh, quá nhiệt của NH3 trên đồ thị lgP-h Ta có các thông số trạng thái của các điểm nút của chu trình như sau:
(Tr7) – [6] (Tr205) – [6] h S = const 2 2 ” 3 ’ 3 1 ” 1 4
Bảng 4.1: Thông số trạng thái của NH3 trong chu trình lạnh ở thiết bị kết tinh (xét cả 2 thiết bị kết tinh)
Điểm T (0C) P (at) H (kJ/kg) V (m3/kg) 1’’ -17 2,211 1659,58 0,5513 1 -7 2,211 1695,21 0,5836 2 140 18,165 1986,42 2’’ 45 18,165 1710,44 0,00726 3’ 45 18,165 633,89 1,7504.1 0-3 3 40 18,165 592,21 4 -17 2,211 592,21
Sự thay đổi trạng thái của môi chất trong chu trình: 1’’ – 1: quá nhiệt hơi hút
1 – 2: Nén đoạn nhiệt hơi hút từ áp suất P0 lên áp suất cao Pk, s1 = s2
2 – 2’’: Làm mát đẳng áp hơi môi chất từ trạng thái quá nhiệt xuống trạng thái quá bão hòa
2’’ – 3’: Ngưng tụ môi chất đẳng áp và đẳng nhiệt 3’ – 3: Quá lạnh môi chất lỏng đẳng áp
3 – 4: Quá trình tiết lưu đẳng antanpi ở van tiết lưu h3 = h4
4 – 1’’: Quá trình bay hơi ở thiết bị bay hơi đẳng áp và đẳng nhiệt
Tính toán chu trình lạnh:
a. Năng suất lạnh riêng q0: q0 = h1’’ – h4; kJ/kg với:
h1: entanpi của hơi bão hòa ra khỏi thiết bị bay hơi; kJ/kg h4: entanpi của môi chất sau khi qua tiết lưu; kJ/kg
q0 = 1659,58 – 592,21 = 1067,37 kJ/kg b. Năng suất lạnh riêng thể tích qv:
qv = ; kJ/m3
Với q0: năng suất lạnh riêng; kJ/kg
v1: thể tích riêng hơi hút về máy nén; m3/kg
(Phu luc 7/Tr545) – [6]
qv = = 1828,94 kJ/m3 c. Công nén riêng 1:
l = h2 – h1; kJ/kg
với h2: entanpi của hơi quá nhiệt khi ra khỏi máy nén; kJ/kg h1: entanpi của hơi vào máy nén; kJ/kg
l = 1986,42 – 1695,21 = 291,21 kJ/kg d. Năng suất nhiệt riêng qk:
Qk = h2 – h3; kJ/kg
Với h2: entanpi của hơi khi vào bình ngưng; kJ/kg h3: entanpi của lỏng khi ra khỏi bình ngưng; kJ/kg qk = 1986,42 – 592,21 = 1394,21 kJ/kg
e. Hệ số lạnh của chu trình ε: ε=
với q0: năng suất lạnh riêng; kJ/kg l: công nén riêng; kJ/kg ε = = 3,665
f. Hiệu suất exergi v: v = ε.
với ε: hệ số lạnh của chu trình Carnot Tk: nhiệt độ ngưng tụ; K
T0: nhiệt độ bay hơi; K v = 3,665. = 0,888
g. Năng suất khối lượng thực tế của máy nén mtt
mtt = = = 0,482 kg/s
với Q0: năng suất lạnh của máy nén; kW
Q0 = 34845,98.12 + 19369,66. 5 = 514993,02W = 514,99 kW q0: năng suất lạnh riêng khối lượng; kJ/kg
Trong đó:
Lượng môi chất lạnh qua 1 TBKT1: m1 = = 0,0326 kg/s Lượng môi chất lạnh qua 1 TBKT2: m2 = = 0,0181 kg/s
h. Năng suất thể tích thực tế của máy nén Vlt Vtt = mtt . v1; m3/s
Với mtt: năng suất khối lượng thực tế của máy nén, kg/s v1: thể tích riêng hơi hút về máy nén; m3/kg
Vtt = 0,482. 0,5836 = 0,2814 m3/s i. Hệ số cấp của máy nén λ:
λ = λi. ∆w
trong đó:
λi = – c -
với pk: áp suất ngưng tụ của tác nhân lạnh; Mpa p0: áp suất bay hơi của tác nhân lạnh; Mpa ∆p0 = ∆pk = 0,01 Mpa m = 1 c = 0,05 tỉ số thể tích chết λi= – 0,05 - = 0,5894 λw = = = 0,805 = 0,805 . 0,5894 = 0,474
j. Thể tích lý thuyết Vtt (do Pittong quét được): Vlt =
Với Vtt: năng suất thể tích thực tế của máy nén; m3/s λ: Hệ số cấp nhiệt của máy nén
Vlt = = 0,593 m3/s k. Công nén đoạn nhiệt Ns
Ns = mtt.x.l; kW
Với mtt: lưu lượng tác nhân lạnh qua máy nén; kg/s l: công nén riêng; kJ/kg
Ns = 291,21 . 0,482 = 140,4 kW l. Công nén chỉ thị Ni:
Ni = kW
Với Ns: công nén đoạn nhiệt; kW ηi: hiệu suất chỉ thị
ηi = λw + b.t0
trong đó: λw = T0/Tk = 0,805; b = 0,001; t0: nhiệt độ bay hơi, 0C ηi = 0,805 + 0,001.(-17) = 0,788
Ni = = 178,17 kW m. Công nén hiệu dụng Ne Ne = Ni + Nms Với Ni: công nén chỉ thị; kW Nms: tổn thất ma sát; kW Nms = Vtt. Pms
Trong đó: Vtt: thể tích hút thực tế của máy nén = 0,2814 m3/s pms = 0,06 MPa : áp suất ma sát riêng
Nms = 0,2814 . 0,06 . 106 = 16882,57 W = 16,883 kW Ne = 178,17 + 16,883 = 195,053 kW
n. Công suất điện Nel Nel = ; kW
Với Ne: công nén hiệu dụng, kW
ηtđ = 0,95: hiệu suất truyền động của khớp, đai…. ηel = 0,9: hiệu suất động cơ
Nel = = 228,13 kW o. Công suất động cơ lắp đặt Nđc
Chọn hệ số an toàn là 1,6 Nđc = 1,6. Nel = 1,6. 228,13 = 365 kW p. Hiệu suất hiệu dụng:
η = = = 0,7198